Mini e micro eolico. Ing. Nicola Fergnani Legnano, 18/02/2014

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1 Mini e micro eolico Ing. Nicola Fergnani [email protected] Legnano, 18/02/2014

2 Energia eolica: dati statistici Riduzione della taglia media di impianto: 16.6 MW nel MW nel 2012 Report statistico annuale GSE 2012

3 Energia eolica: dati statistici Report statistico annuale GSE 2012

4 Principi di funzionamento: potenziale 4 Energia solare Energia cinetica dell aria Energia meccanica Quasi il 2% dell energia solare incidente sulla Terra viene convertito in vento grazie alla differenza di pressione atmosferica provocata dall irraggiamento solare. L energia eolica è diffusa su tutta la Terra, ma solo in alcune zone è sufficientemente intensa e regolare da poter essere sfruttata. Si stima che questa quantità sia solo il 5% dell energia eolica totale, comunque 10 volte superiore al fabbisogno energetico mondiale.

5 Principi di funzionamento: Teoria di Betz Potenza da una turbina eolica: 3 v Power A c 2 Teorema di Betz: Cp max = 59% p A v Energia prodotta: Energy Power Time heq = Energy / Nominal power

6 La curva di potenza 6 Ogni turbina eolica ha una curva di potenza (curva caratteristica) che definisce la potenza prodotta in funzione della velocità del vento: velocità di cut-in: minima velocità alla quale la turbina viene collegata alla rete velocità rated: velocità di targa alla quale la turbina produce la massima potenza velocità di cut-off: velocità di disinserimento per evitare danneggiamenti

7 Classificazione dei piccoli impianti eolici Micro Mini Medio 0~6 kw 6~60 kw 60~200 kw IEC : Design Requirement for Small Wind Turbines (in Italia: CEI-CENELEC)

8 Caratteristiche dei piccoli impianti eolici Valutazioni generali Installazione a quote inferiori con conseguente sfruttamento di velocità medie ridotte (in particolare in ambienti urbani) Importanza del rendimento di moltiplicatore e generatore (generalmente ridotti) Scelta di compromesso per il sistema di regolazione tra costo efficienza - affidabilità Meno risorse disponibili per R&D

9 Classificazione piccoli impianti eolici HAWT Horizontal Axis Wind Turbine Macchine a Portanza aventi 2 o 3 pale Savonius Macchina a resistenza H-Darrieus e D-Darrieus Macchina a portanza VAWT Vertical Axis Wind Turbine Darrieus / Savonius portanza-resistenza Macchine intubate

10 Classificazione piccoli impianti eolici Asse orizzontale (HAWT) Funzionamento sempre a portanza Semplice posizionamento in quota del rotore Rendimento elevato Diverso numero di pale (generalmente 2 o 3) Rotore sopravento o sottovento Sistema di controllo dell orientamento del rotore Sistema di controllo dell pitch delle pale Struttura di fondazione sollecitata

11 Classificazione piccoli impianti eolici Asse verticale (VAWT) Funzionamento a portanza o resistenza

12 Classificazione piccoli impianti eolici nota: il rendimento non è il driver principale per l applicazione in oggetto

13 Mini-eolico: tipologie di applicazione Utenza isolata (off grid) Viene privilegiata l affidabilità e la continuità di funzionamento Accoppiamento con un sistema di accumulo, un generatore di riserva o con altre fonti rinnovabili Utenza connessa alla rete Viene privilegiata la producibilità annua al fine di massimizzare il cash flow dell impianto Immissione totale dell energia in rete e remunerazione mediante Tariffa Omnicomprensiva

14 Mini-eolico: applicazione off-grid HAWT PV system MPPT & Regolatore di carica 1 Nucleo familiare Generatore PMG Passo fisso Giri variabili Timone di coda Stallo passivo Inverter AC/DC Inverter DC/AC Taglia 3~10 kw Sistema di accumulo 2 3 Sollevamento acqua di falda

15 Mini-eolico: applicazione grid-connected

16 Mini-eolico: applicazione grid-connected Incentivi previsti dalla tariffa omnicomprensiva (DM 06/07/2012) Problema: in nuovo decreto rinnovabili elettriche non incentiva gli autoconsumi tecnologia che si presta a una integrazione con l utenza che di fatto viene impedita a livello normativo

17 Mini-eolico: applicazione grid-connected Non risulta in nessun caso conveniente, così come non risulta conveniente lo scambio sul posto come alternativa alla tariffa onnicomprensiva.

18 Analisi di mercato 0 ~ 100 kw - Mercato agli albori in forte espansione, costituito quasi esclusivamente da turbine ad asse orizzontale Analisi di ~ 500 modelli presenti sul mercato mondiale < 100 kw [Qualenergia ]

19 Analisi di mercato 0 ~ 200 kw In Italia esiste un mercato eolico di piccola taglia di circa 20 MW l anno, nelle fasce da 1 kw a 6 kw ( micro ) da 20 kw a 100 kw ( mini ) da 100 kw fino a 200 kw ( medio ) La ripartizione per taglie indica installazioni annue di: ca. 1.8 MW per aerogeneratori da 1 a 6 kw (ca. 600 unità) per applicazioni residenziali ca. 6 MW per aerogeneratori tra i 20 kw e i 100kW (ca. 300 unità) per PMI manifatturiere, agricole e di servizio ca. 10 MW per aerogeneratori di taglia superiore a 100 kw (ca. 100 unità) per PMI manifatturiere ed investitori

20 Costo della macchina Costo variabile in funzione del luogo di produzione (EU - Cina) Fonte: Battisti - DIMS Università di Trento

21 Unità installate Unità installate Il mercato italiano CARATTERISTICHE: - Mercato agli albori - Feed-in tariff tra le più elevate al mondo - Interesse crescente opinione pubblica - Discreta presenza di produttori sul territorio Previsioni 2014: - Mercato da 10 mln per la fascia di prodotti da 1 a 5 kw - Mercato da 30 mln per la fascia di prodotti da 10 a 60 kw Il mercato UK Il mercato USA Unità installate microeolico UK Installazione turbine microeoliche USA kW 1, , kW 1-11 kw 0-1 kw Fonte: BWEA Fonte: AWEA

22 Criticità dell eolico di piccola taglia RISCONTRO PRODUCIBILITA DICHIARATA / PRODUCIBILITA REALE Necessità di selezionare una macchina testata da un ente indipendente a garanzia delle reali curve di producibilità ELEVATI COSTI SPECIFICI E RIDOTTA AFFIDABILITA PER P << Necessità di individuare tipologie di macchina economiche, semplici e affidabili per il contesto di applicazione, anche a parziale discapito del rendimento. Criteri di limitazione passiva della potenza. ANALISI RISORSA EOLICA Necessità di individuare con buona precisione una distribuzione di ventosità di riferimento per valutare la producibilità annua dell impianto mancanza di dati puntuali e certi sul territorio tempi e costi delle analisi anemometriche

23 Criticità dell eolico di piccola taglia INSTALLAZIONE SULLE COPERTURE DEGLI EDIFICI Problematiche legate ai pesi delle turbine ed ai carichi dinamici trasmessi alle strutture PROBLEMA ACUSTICO Valutazione della rumorosità delle pale, rispetto delle soglie minime acustiche previste per ambienti urbani IMPATTO VISIVO Difficoltà di inserimento in ambito urbano o in contesti di elevato pregio paesaggistico